径向通风电机流体流动及传热特性分析

为研究径向通风电机内部流体分布、传热性能及温升特性,根据径向通风电机通风结构及传热特点,建立三维流动及传热耦合的物理模型和数学模型,结合工程实际给出基本假设和边界条件,采用有限体积法对流体场及温度场进行求解,得出电机内部冷却介质流动性能、传热特性及电机各部件的温升分布情况。最后,对电机定转子股线、绝缘及铁心温升分布做了详细分析,获得电机温升分布趋势及温升最大值的位置。为径向通风电机综合物理场的准确计算以及通风结构的优化提供了理论依据。     

具有自调节通风性能的大型永磁同步发电机内流热特性数值研究

为了探究具有自调节通风功能的结构紧凑型大型永磁同步发电机内部流体流变特性及温升分布规律,以一台6 MW永磁同步发电机为例,基于电机学和数值传热学理论,结合流-热耦合机理,根据电机实际冷却结构选择一个周期作为求解域,建立三维流体场与温度场耦合分析数学模型及物理模型. 采用有限体积元法对永磁同步电机三维温度场进行数值研究,对发电机定转子铁心、定子绕组与绝缘以及永磁体的温升分布特性进行详细分析. 通过与电机绝缘温升限值的对比分析,验证了其求解方法的合理性以及计算结果的准确性,为永磁同步发电机温升的计算及通风结构的设计提供参考依据.     

自力风扇性构件诱发的电机内流型演变特性研究

大型电机内流体流动及温度分布与自力风扇性构件的结构性能密切相关,建立考虑具有自力风扇性构件性能的径向通风槽钢动态效应的电机内流场理论分析模型,并对其内部流场流型演变特性进行研究是电机领域的迫切需求. 以一台6.5 MW双馈水轮发电机为例,利用流体场基本理论及数值研究方法,建立三维非定常紊流流场求解模型,并通过有限体积法,分析转速及转子径向通风槽钢的结构形态对电机内流场流变特性的作用以及影响程度,进而探究转子径向通风槽钢作用下的电机内流体场流型演变规律,为电机径向通风槽钢的结构设计及通风性能优化提供借鉴.     

核反应堆冷却介质驱动电机通风结构内流体特性分析

核反应堆冷却介质驱动电机是高温气冷堆一回路中的关键设备,作用是将氦气作为冷却介质驱动其在系统中交换热量,为研究冷却介质的流体特性与其在电机内的流体场分布对电机温升甚至整个系统的影响。以一台4 500 k W驱动电机为例,考虑以氦气为冷却介质的风磨损耗公式不同于传统公式,对风磨损耗进行重新计算;通过建立该电机通风系统的3D流体场计算模型,基于流体力学原理,采用有限元法得到通风系统内的流体分布;最后,为更好的研究氦气的流体特性,以空气作为对比对象,分析流体性质差异对电机气隙、转子轴向流速和通风沟径向风速分布的影响;结果表明:在相同条件下,氦冷时流体域内各区域流速低于空冷9.4%,有助于减小风磨损耗对电机温升的影响。     

大型汽轮发电机定子变结构对温度场的影响

汽轮发电机通风冷却技术对汽轮发电机的容量和性能有决定性的影响．针对大容量汽轮发电机通风冷却要求高的问题,以某大型空冷汽轮发电机定子为例,依据CFD原理,提出了两种改变结构的方案,保持铁芯的总有效长度不变,改变铁芯叠片的厚度不改变风沟数量和改变风沟的数量．模拟不同结构定子内部的流场和温度场,分析原结构和变化后结构的流场和温度场,以及电机各部分温度的空间分布特性,比较定子在不同结构下的运行性能．合理布置电机的通风结构,提高传热介质的利用率,降低铁芯与绕组等的温升．研究结果表明变结构后模拟最大温升为118℃,比原结构模拟结果的温升有所降低,且流场温度场分布更均匀,为大型空冷汽轮发电机定子的结构设计提供理论依据．     

大型发电机定子绝缘老化后非线性温度场计算

为了更准确地计算大型发电机内的温度分布，给出了直角坐标系下三维热传导方程及其等价泛函，并给出了计算区域内相应的边界条件，同时推导了采用牛顿拉夫逊方法求解非线性温度场的迭代格式。以一台凸极同步发电机为例，建立了径向通风沟内流速、散热系数与壁面温度的非线性数学模型，采用六面体八节点单元计算了该台电机定子通风沟流场非线性变化情况下的三维温度场，用数值模拟的方法分析了上述流场非线性情况下绝缘老化脱壳后的定子温度场，得出了相应的定子各部分温度变化规律及径向通风沟内表面散热系数和风速的分布规律，将计算结果与实测值及线性情况进行了比较，计算精度满足工程需要，为电机运行过程中的温度监测和热故障诊断提供了理论依据。     

1 000 MW级汽轮发电机转子绕组副槽通风冷却系统的分析计算

依据空气动力学原理,建立了副槽通风系统的转子绕组通风计算模型,给出了副槽和转子绕组径向风道内冷却气体压力、流量和流速的计算方程,并对一台转子绕组采用副槽通风系统的1000MW汽轮发电机副槽和转子绕组的通风进行了分析计算。使用节点单元热阻等效网络方法计算出了该电机转子绕组各单元的温度。该分析计算方法对大容量汽轮发电机的设计是实用有效的。     

轴径向冷却电机内泰勒涡流与换热研究

对于轴径向通风冷却的同步电机,在定转子间的气隙中冷却空气的流动非常复杂,因此,分析气隙中的流动与换热情况十分重要。以轴径向冷却同步电机的定转子与气隙共同组成的冷却风路创建物理模型,基于有限体积法,数值模拟研究了仅转子壁面旋转的同轴环形气隙空间中的流动及传热,逐渐增加定子风沟径向冷却出流、气隙内冷却空气的轴向流动及转子径向风沟射流三方面因素,分析其对气隙中泰勒涡流流动及传热特性影响。结果表明,气隙内轴向流动对气隙中定转子侧壁面的泰勒涡流与对流换热影响较大。结论对采用轴径向冷却的电机冷却系统的设计具有参考价值。     

轨道交通用永磁牵引电机通风结构研究

为了能够有效改善轨道交通用永磁同步牵引电动机的散热性能,以一台600k W的永磁同步牵引电动机为例,在了解其通风结构的基础上,基于计算流体动力学及数值传热学,结合电机温度场分析的数学模型,建立了此台电机整轴向、半周向的三维物理分析模型。并结合有限体积元法对该模型进行数值计算,得到了电机内各主要元件的温升分布结果,并总结其产生原因。为轨道交通用永磁同步牵引电动机冷却性能的提升,以及更大容量牵引电机的通风结构的优化做参考。     

2.935MW永磁同步风力发电机电磁设计与仿真

分析了表面式与内置式永磁同步发电机转子结构上的差异,选定电机的转子结构型式.对永磁同步风力发电机的性能特点进行了分析和研究,计算了2.935 MW高速永磁同步风力发电机的电磁方案.对上述确定的电磁计算方案,利用有限元软件进行仿真,分析了发电机的空载、负载、短路特性.研究了电压波形正弦性畸变率、齿槽转矩、功率因数、短路电流的计算.经验证,各项性能满足设计要求.     

2MW空冷风力发电机热性能分析及改善

为了有效改善2 MW空冷风力发电机的热性能,满足实际工作需要,建立了该电机三维稳态温度场模型,对电机内的热场进行了分析和研究,明确了该电机传热特性及温度分布规律,发现该电机局部温度过高;对涉及电机热性能的相应参数进行了完善,并对相应结构参数下电机进行了热性能分析,通过实验证明改善后电机热性能满足电机运行要求,此研究对大型电机的结构优化和运行提供了一定的借鉴.     

汽轮发电机定子主绝缘温度场数值研究

本文建立了发电机定子三维温度场的数学模型和物理模型。同时在采用有限体积元法对电机内的流体场进行数值计算获得各个表面散热系数的基础上,利用有限元法对定子三维温度场进行了数值计算。指出了大型汽轮发电机定子槽内主绝缘的温度场以及温升分布的规律,得出了一些有益的结论。     

高速电机的设计特点及相关技术研究

简要介绍了高速电动机和发电机的结构类型、设计特点、关键技术及研究现状.以高速永磁电机为例，重点阐述了高速转子的电磁与结构设计、转子强度与刚度分析、永磁体的保护方法、定子铁心与绕组的结构设计与电磁性能计算、高频与高速附加损耗计算、温升计算与冷却散热方式.此外还简要介绍了高速磁悬浮轴承的结构原理与控制方法、高速发电机和电动机的功率变换与控制技术，并对高速电机的发展趋向进行了展望.     

紧凑型高压电机冷却器数值分析与设计

为了研究冷却器结构对其散热性能的影响,根据流体力学和传热学理论,对YJKK紧凑型高压三相异步电动机的冷却器进行了流体场与温度场的耦合计算并通过温升实验验证了计算的正确性和研究方法的可行性.在不改变冷却器外形尺寸的条件下,改进了电机的冷却器的内部结构,分别对冷却器内部挡风板、弧板和冷却管数量进行改进计算.结果表明,改进后的冷却器在额定工作点时风阻更小、冷却效果更好,可有效降低电机温升提高电机运行的可靠性.同时,改进后的冷却器整体安装尺寸无变化,切实可行,对于YJKK系列电动机的冷却效果的提升提供了理论依据和新方法.     

基于STAR-CCM+的发电机组流场分析及结构改进

发电机组高性能和轻量化的设计需求对其冷却系统提出了更高的要求。发电机组散热效果好可保证机组在最佳温度下工作,确保机组稳定可靠运行。为评估一款发电机组散热性能,基于CFD分析方法,采用流体分析软件STAR-CCM+对该发电机组进行流场分析,并依据流场分析结果针对性地提出结构改进方案。结果表明,发电机组原结构缸头出风直接吹向油箱底部,消声器表面无风流经,整机散热存在风险。通过添加缸头导风罩和消声器通风罩的方法改善了发电机整机散热性能:油箱底部表面速度降低明显,消声器处冷却风量从28.91 g/s提升至135.78 g/s,风量提升明显,消声器表面平均风速约4.04 m/s。温度实测结果表明,机组额定功率运转120 min,改进后机组的油箱底部和电机顶部温度降低了38 ℃和17 ℃。研究结果可为发电机组散热性能评估及结构改进提供参考。     

船舶驱动用异步电机三维温度场研究

为研究船舶驱动用异步电机传热性能及温升特性,以一台Y2-250M-4型、55 k W异步电机为例,采用有限体积元法对其三维稳态温度场求解计算,分析了电机额定负载运行时主要部位的温升特性.同时,根据其船舶驱动的用途特点,实际运行时负载多呈变化,因此对电机不同负载工况的温升进行求解并对比分析.通过搭建实验平台,将实验数据与计算结果相对比验证.结果表明:无论何种工况,电机的最高温升均出现在转子导条处;随着负载的增大,电机各主要部位的最高温升呈增加趋势,并且其增幅逐渐趋于显著.该研究为电机设计及性能优化、故障预测提供一定参考.     

永磁外转子风力发电机的逆变并网特性

为了提高风力发电机并网运行性能,提出一种符合大功率直驱并网永磁风力发电机要求的变流器电路拓扑结构.针对现有永磁直驱风力发电系统并网方案,设计了不可控整流、升压斩波、正弦脉宽调制SPWM逆变电路的控制方案,并对电路中升压斩波电路和SPWM逆变控制系统结构进行了重点分析.采用Matlab/Simulink软件进行系统并网仿真,结果表明,该控制方法可满足风力发电机运行的需要,证明了该方法的可行性和正确性.     

基于变频器容量的永磁同步风力发电机最大功率控制的研究

介绍了永磁同步风力发电系统的基本结构,论述了风力发电系统中风机最大风能捕获的基本原理,并提出一种采用永磁同步电机作风力发电机实现最大功率输出的控制系统.通过建立考虑铜耗和铁耗的电机损耗模型,获得了电机损耗与定子电流之间的关系.在此基础上提出永磁同步电机最佳效率控制,并将其应用于永磁同步风力发电系统中.使风力发电机按照最大功率点跟踪方式运行时,电机损耗最小;在充分利用变频器容量的前提下,实现风力发电机最大功率输出,从而得到永磁同步风力发电机最优定子电流矢量控制.仿真结果证明了该控制算法的有效性和实用性.     

一种新型蒸发冷却式通风外墙的热工性能研究

分析了复合墙体内空气与水两种流体域的流动传热状况,借助于Fluent软件,分别研究了自然通风与机械通风状态下该模块墙体的热工性能.结果表明:与常规的建筑墙体相比,利用水的蒸发冷却对外墙内表面进行降温的复合通风外墙结构具有很好的隔热效果.蒸发冷却式通风外墙只能采用水层位于通风空气层内侧的结构形式.通过提高空气入口速度,可以达到更好的隔热效果.而通风机的安装位置和送风方向的选择相对自由.水层厚度与空气层厚度对墙体稳态热工性能的影响很小.     

电机外风扇多结构特征下冷却性能及优化

为了分析电机不同结构下的外风扇的冷却能力并有效优化其冷却能力,以Y2-250M异步电机原始风扇为例,依据流体力学理论对电机外风扇进行了数值计算和分析,并对不同结构下的冷却性能进行了详细的分析。研究结果表明,风扇结构的改善可有效减小风扇的风磨损耗,提高电机的冷却效果,有效提升电机的运行效率,据此完成了外风扇的优化。该研究对风扇扇叶及其结构优化提供了理论依据,对电机新型通风结构设计方法的探索具有促进效果。